JP3852242B2 - Incandescent lamp for heat source - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は白熱ランプに関し、なかでもフィラメントのコイル軸を垂直向きにして点灯される白熱ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に使用される一端封止型の白熱ランプにおいては、例えば、筒状のガラス製のバルブの内部に、コイル状のフィラメントが、該フィラメントの両端において内部リード線を兼ねたサポータに接続されて、該バルブの管軸とコイル軸とが一致するようにして保持されて、配設されている。
このような白熱ランプは、垂直点灯して使用されることにより、点灯時間とともに、フィラメントのコイルが垂下して、当該コイルが下向きに伸びて、変形してしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような白熱ランプにおいては、フィラメントのコイル軸が垂直向きであるため、当該フィラメントにコイル自重と等しい大きさの荷重がかかるようになる。そして、この自重により生ずる荷重は、フィラメントの下端から上方に向かうに伴って漸次増大し、フィラメント上端において最大になる。このため、フィラメント下端では、当該フィラメントにかかる荷重が小さいので、コイルの垂下を生じ難くて変形しにくいが、上端に向かうにしたがって荷重が大きくなるためコイルの垂下を顕著に生じ、コイルの伸びもこれに伴って大きくなる。
【0004】
一方で、上述したような白熱ランプのフィラメントは、その上端及び下端がサポータに接続されて固定されているため、フィラメント長、及び、コイルの巻数が変化することは無く、よって、フィラメント上方においてコイルの垂下が生じると、それより下方に位置されるコイルのピッチが漸次狭くなり、最終的に上下に隣在するコイル同士が接触してしまう。このようになると、フィラメントの短絡や溶断といった事態を招来し、ランプの不点灯に至るためランプ寿命が短くなるといった不具合を生じるようになる。
特に、フィラメントの温度が例えば2600℃以上になるような高温で使用され、オン・オフを短時間で繰り返してパルス点灯される白熱ランプの場合、コイルの垂下が顕著で、ランプ寿命が極めて短かいという問題があった。
【0005】
上記問題に鑑み、例えばフィラメントの上端、下端のみならず、フィラメントの長手方向にわたってサポータを取り付け、コイル同士の接触を防止することも可能である。しかしながら、かかる方法によると、フィラメント部分の構造が複雑になって、生産性が極めて悪くなってしまう。
又、更には、白熱ランプを熱源として利用する場合、特に、その白熱ランプのフィラメントが、該フィラメント長とコイルの径とが同程度である場合、ランプの熱効率を低下させてしまうので、サポータはできる限り少ない方が好ましい。
【0006】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成でコイルの垂下に伴うランプの不点灯及び短寿命化を防止し、使用寿命の長い白熱ランプを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項1に記載の発明は、バルブ内に二重コイルからなるフィラメントが収容され、当該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記フィラメントのコイルピッチが下方に向かって漸次広くなっていることを特徴とする。
【0008】
そして、請求項2に記載の発明は、バルブ内にコイル状のフィラメントが収容され、該フィラメントが、当該フィラメントの軸が垂直向きにその上端および下端が内部リードを兼ねた一対のサポータに接続されてフィラメント長が変化しないように固定されてなり、前記コイルは円錐又は円錐台形であり、コイル径の小さい一端を上にして配設されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】
[1]
通常、フィラメントの上方において、前述したようにコイルの垂下を顕著に生じ、コイルが伸びて垂れ下がると、フィラメントの下側において、コイルのピッチが狭くなり、やがて、コイルの接触に至る。
そこで、請求項1に記載の発明では、フィラメント長やコイルの巻数を変えず、フィラメント下方側のコイルに比較して上方側のコイルの方を密に巻回し、あらかじめコイルの変形を見込んで、フィラメント上方のコイルピッチを、下方側に比較して狭くし、フィラメントの下方側のピッチを広く巻回しておく。
かかる構成により、コイルが垂下して、下方側のコイルピッチが狭くなっても、コイル同士が接触に至るまで相当の時間を要すため、コイルの接触を回避することが可能となり、フィラメントの短絡、溶断を防止することができるようになる。そして、その結果、ランプの不点灯を防止でき、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【0010】
[2]
コイル径が小さくなるに従い、コイル軸方向の荷重に対し、当該コイルにかかるせん断応力が小さくなり、よって、コイルにかかけられた荷重に対する耐性、つまり耐垂下性が増大する。
したがって、請求項2に記載の発明によれば、フィラメントの下端から上端に向かって、荷重が増大するに伴ってコイル径を徐々に小さくすることで、コイルの耐垂下性が増大され、コイルの垂下を効果的に抑制できるようになる。
そして、フィラメント上方においても、コイルの垂下による変形を生じ難くなるので、フィラメントの下方においてコイルピッチが狭くなることを防止できて、コイル同士の接触を回避することが可能となる。その結果、フィラメントの短絡、溶断を防止でき、ランプの不点灯を防止できて、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本願発明にかかる第一の実施の形態の白熱ランプである。この白熱ランプ10は、例えば、ガラス製のバルブ11内部に二重コイルからなるフィラメント20が配設され、ハロゲン物質を含む不活性ガスが封入され、当該バルブ11の一端において封止部12が形成された、いわゆる一端封止型のハロゲンランプである。この白熱ランプ10は、バルブ11の管軸を略垂直向きに設置し、例えば同図のように前記封止部12を上にして垂直点灯される。
フィラメント20の上端、及び、下端に接合されたサポータ30,30'は、封止部12に埋設されたモリブデン箔31,31'に接続され、更にモリブデン箔31,31'は、当該バルブ11の外方に突出してなる外部リード棒32,32'に接続されている。かかるサポータ30,30'は、フィラメント20を保持するとともに、当該フィラメント20への給電機構を兼ね備えており、内部リードの役割をも果たしている。
【0012】
フィラメント20を構成するコイル21は、例えば、素線を二重に巻回したコイル21であって、先ず、素線径φ0.22のタングステン線を、径0.98mmで等ピッチに巻回することにより一次コイルを作製し、次いで、この一次コイルを、コイルの巻回軸の方向でピッチを変位しながら、コイル径R=4.8mmで二重に巻回したものである。このコイル21は、例えば、巻数でいうと6〜7ターン使用される。
【0013】
ここで、フィラメント20部分の説明用拡大図を図2に示す。なお、ここでは簡単のために一重コイルの図面を用いて説明する。
フィラメント20は、上方と下方においてコイル21のピッチが異なって巻回されており、下方におけるピッチに比較して、上方におけるピッチの方が、より狭くなっている。一例をあげると、コイル21の巻回始点(0)から当該(0)点より一巻回した点(1)までのピッチp1は0.98mm、同様にその下のピッチp2は1.16mm、更にその下のピッチp3は1.34mm・・と、コイル21が巻回される毎にピッチが広くなっている。
【0014】
従来の白熱ランプの場合、コイル21の垂下が生じると、フィラメント20の上端では、点灯時間に伴ってコイル21が伸びてピッチが広くなり、それより下方に向かうにしたがって、ピッチが徐々に狭められるが、かかる第一の実施の形態によれば、そのようなコイル21の変形に対応して、ピッチが下方に向かって漸次広くなっているので、フィラメント20の長手方向にわたり、上下に隣在するコイル21同士の接触を回避でき、フィラメント20の短絡、溶断を防止することが可能となる。
その結果、ランプの不点灯を防止でき、ランプ寿命を長くすることができるようになる。
【0015】
つづいて、請求項2の発明について、実施の形態を説明する。
図3は第二の実施の形態を示し、請求項2の発明にかかる白熱ランプの要部を示す図で、同図(a)は当該フィラメント20を上から見た正面図、同図(b)はフィラメント20を横から見た正面図である。
フィラメント20は、タングステン線をコイル軸方向に径を順次変化させながら巻回して作製した、外観が円錐(若しくは、円錐台ともいう)形のコイル21である。
【0016】
かかるフィラメント20は、例えばピッチ角が一定のコイル21で、図中フィラメント20の下方の点(4)におけるコイルの半径r(mm)は、例えばr4=2.33で、これより一周巻回される毎に半径が小さくなり、具体的には、r3=2.18、r2=2.02・・・のように、漸次コイル21の径が減少し、上端22においては、例えばr0=1.70になる。
【0017】
フィラメント20は、図示しないが、コイル21の上端22と下端23に一対のサポータが取り付けられ、コイル21の円錐形状の頂部24を上に、更にコイル軸を略垂直向きにして、コイル径の小さい一端、つまり上端22を上に、コイル径の大きい他端、つまり下端23を下になるように、バルブ内部に配設される。
なお、この第二の実施の形態にかかる白熱ランプについては、その全体構造についての説明を省略したが、フィラメント20を除く、白熱ランプに関するその他の構成、例えば、バルブ、封入ガス、或いはサポータ等の構成については、先に説明した第一の実施の形態と同様である。
【0018】
以上の構成、つまり、コイル軸が垂直向きで、上方側のコイルの径が、下方側に比較して小さいと、フィラメントの上方においてコイルの垂下を好適に抑制できる。すなわち、コイルの各部にかかる荷重に対応して、耐垂下性を大きくすることができるので、コイルの垂下に伴うコイルの変形を生じ難く、フィラメントの下方でもコイルピッチは狭くなり難いものとなる。
フィラメントのコイル同士の接触を回避できるようになるので、このフィラメントの接触に伴う短絡、溶断を防止できることが可能となる。
その結果、ランプの不点灯を防止して、ランプの長寿命化を図ることができるようになる。
【0019】
なお、請求項2に記載の発明は、フィラメントの外観が、円錐(若しくは円錐台)形であれば足りるので、フィラメントのコイル軸方向で、コイル径が一定の割合で変位していなくても良い。
又、フィラメントを上から見たとき、図3(a)のようにコイル間に間隙が形成されているものに限定されず、例えば、この間隙が形成されなくても良いので、コイルの素線が重なって見えるものでも良い。
【0020】
ところで、請求項2に記載の発明は、ランプの点灯使用時のフィラメント上方側のコイルの径が小さければ良く、種々変更が可能である。例えば、コイル軸方向でコイルピッチ(図3(b)においてp1〜p4)が変位していても良く、請求項1に記載の発明と組み合わせることも可能である。すなわち、図3(b)のような外観が円錐状のコイルであり、コイルピッチ(p1〜p4)がフィラメントの上方から下方に向かって広くなっているものでも良い。
【0021】
請求項1及び請求項2に記載の発明を組み合わせた構成にすると、ランプの長寿命化に対し、一層の向上が期待できる。このような構成にすると、フィラメントの上方におけるコイル径を、下方側に比較して小さくすることで、コイルの荷重に対する耐垂下性を増大させる、という効果に加え、ランプの長期使用に伴ってコイルの垂下が生じ、未使用のランプに比較して下方側のコイルピッチが狭くなったとしても、あらかじめその部分のコイルのピッチを広くしておくことで、コイルの接触を長期間回避することが可能で、フィラメントの短絡等の不具合を防止できて、ランプの不点灯を防止できるようになる。
その結果、ランプの長寿命化に対し、絶大な効果が得られるようになる。
【0022】
以上、説明した第一、及び、第二の実施の形態は、いずれの場合も、適宜変更が可能であり、数値等に関しては上記したものに限定されないことはもちろん、その他の構成についても変更が可能で、例えば、フィラメントのコイルは、一重コイル、二重コイルのいずれの場合でも、本発明を実施することができる。
【0023】
(実施例)
請求項1に記載の発明において、次式を適用することにより、コイルピッチの変位を簡単に決定することができる。
・Pn=a(2πn)m-1
(但し、aは任意の定数、1<m≦3)
以下、この実施例について説明する。
図4は、コイルの巻回始点(0)から、コイル上をn周した任意の点(N)における、該始点(0)からの径方向の変位θと、ピッチPnとの関係を示す図である。なお、点(N)におけるピッチPnとは、該点(N−1)と点(N)との間のピッチを表している。
コイル上を1ピッチ移動すると、径方向ではコイル上を一周して2π変位することになるので、点(N)における、始点(0)からの径方向の変位は、一般にθn=2πnと表記できる。
ここで、コイル上の任意点を座標で表してみる。まず、コイル半径(r)の描く円上の点をX,Yとして、コイル軸をZ軸として長手方向の位置をZとすると、
X=rcosθ、Y=rsinθ、Z=kθm
と各々表すことができる。(なお、k及びmは任意の定数である。)
【0024】
よって、2点間のピッチは上式Zから導くことができ、点(N)における径方向の変位θnはnを用いて書け、点(N−1)と点(N)との間のピッチPnをコイルの巻数nを用いて次式で表すことができる。
・Pn=a(2πn)m-1(a及びmは任意の定数)
この式において、m=1とするとPn=a(定数)となり、かかる場合は、コイルピッチが一定であることを表している。
続いて、mの値が1を超えると、コイルの上端から下端に向かってピッチが増大するので、請求項1に記載の発明は、1<mの範囲で好適に利用することができる。例えば、m=2とすると、ピッチはPn=2πanになるのでコイルの巻数nの一次関数で表され、ピッチがコイルの上端から下端に向かって、ピッチが同じ幅ずつ広くなる。また、m=3とすると、ピッチは巻数に対して二次関数的に増大していく。
【0025】
ところで、mの値があまりに大きいと、一般に使用される白熱ランプのスペックを外れてしまうため、上式を適用できなくなる。本発明者らは、従来のランプのスペックを満足し、且つ、上式を適用できるmの値について解析を行ったところ、m=3としたときは、定数aを小さく設定することで十分実施可能であると判明した。よって、mが3以下の場合において実施可能と理解される。
【0026】
以上の結果、次式が導かれる。
Pn=a(2πn)m-1 (但し、aは任意の定数、1<m≦3)
また更に、最も広いピッチpmaxは、最も狭いピッチpminに対し、pmin<pmax≦3×pminの範囲が最適であることも見出している。
【0027】
請求項1の発明において、コイルピッチが狭められる割合が、概して、コイル下端において大きく、それより上方に向かって小さくなるような場合は、上式を満足しながら、コイルピッチを漸次変位させることで、そのコイルの変形量に則したピッチを簡単に求めることができる。
その結果、フィラメント全長にわたってコイル同士の接触を回避することができ、長寿命のランプとすることが可能となる。
【0028】
以上のように、本発明によれば、バルブ内にコイルからなるフィラメントが収容され、該フィラメントの軸が垂直方向に位置されて点灯される熱源用白熱ランプにおいて、長期使用によりコイルの垂下や伸び等の変形が生じても、簡単な構成でコイル同士が接触することを回避することができ、フィラメントの短絡や溶断を防止できて、長寿命の熱源用白熱ランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願請求項1に記載の発明の一実施の形態
【図2】図1のフィラメントを拡大した説明図
【図3】(a)フィラメントを上から見た正面図
(b)フィラメントを横から見た正面図
【図4】径方向の変位θとピッチPnとの関係を示す図
【符号の説明】
10 白熱ランプ
11 バルブ
12 封止部
20 フィラメント
21 コイル
22 上端
23 下端
24 頂部
30、30’ サポータ
31、31’ モリブデン箔
32、32’ 外部リード棒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an incandescent lamp, and more particularly to an incandescent lamp that is lit with the coil axis of a filament oriented vertically.
[0002]
[Prior art]
In a generally used one-end sealed incandescent lamp, for example, inside a cylindrical glass bulb, a coiled filament is connected to a supporter that also serves as an internal lead wire at both ends of the filament, The valve shaft and the coil shaft are held and arranged so as to coincide with each other.
When such an incandescent lamp is used by being lit vertically, the coil of the filament hangs down with the lighting time, and the coil extends downward to be deformed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the incandescent lamp as described above, since the coil axis of the filament is vertical, a load having a magnitude equal to the coil's own weight is applied to the filament. The load generated by the dead weight gradually increases as it goes upward from the lower end of the filament, and becomes maximum at the upper end of the filament. For this reason, since the load applied to the filament at the lower end of the filament is small, the coil does not easily hang down and is not easily deformed.However, the load increases toward the upper end, so that the coil droops significantly and the coil stretches. This increases with this.
[0004]
On the other hand, since the filament of the incandescent lamp as described above is fixed with the upper end and the lower end connected to the supporter, the filament length and the number of turns of the coil do not change. When the drooping occurs, the pitch of the coils positioned below the pitch gradually decreases, and the coils adjacent to each other in the upper and lower sides eventually come into contact with each other. When this happens, a situation such as short-circuiting or fusing of the filament is caused, and the lamp is not lit, so that the lamp life is shortened.
In particular, in the case of an incandescent lamp that is used at a high temperature such that the filament temperature is, for example, 2600 ° C. or higher and is turned on and off in a short time and pulsed, the drooping of the coil is remarkable and the lamp life is extremely short. There was a problem.
[0005]
In view of the above problem, for example, a supporter can be attached not only at the upper and lower ends of the filament but also along the longitudinal direction of the filament to prevent the coils from contacting each other. However, according to such a method, the structure of the filament part becomes complicated, and the productivity is extremely deteriorated.
Furthermore, when using an incandescent lamp as a heat source, especially when the filament length of the incandescent lamp is approximately the same as the filament length and the coil diameter, the heat efficiency of the lamp is reduced. As few as possible is preferable.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an incandescent lamp having a long service life by preventing the lamp from being turned off and shortening its life due to the drooping of the coil with a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention according to
[0008]
According to the second aspect of the present invention, a coil-shaped filament is accommodated in the valve, and the filament is connected to a pair of supporters in which the axis of the filament is vertical and the upper and lower ends also serve as internal leads. The coil length is fixed so as not to change, and the coil is conical or frustoconical, and is arranged with one end having a small coil diameter facing upward.
[0009]
[Action]
[1]
Usually, as described above, the coil droops significantly above the filament, and when the coil extends and hangs down, the coil pitch is narrowed below the filament, and eventually the coil comes into contact.
Therefore, in the invention according to
With such a configuration, even if the coil hangs down and the coil pitch on the lower side becomes narrow, it takes a considerable time until the coils come into contact with each other. The fusing can be prevented. As a result, non-lighting of the lamp can be prevented and the life of the lamp can be extended.
[0010]
[2]
As the coil diameter decreases, the shear stress applied to the coil decreases with respect to the load in the axial direction of the coil, and thus the resistance against the load applied to the coil, that is, the droop resistance increases.
Therefore, according to the second aspect of the present invention, the sag resistance of the coil is increased by gradually decreasing the coil diameter as the load increases from the lower end to the upper end of the filament. Drooping can be effectively suppressed.
And since it becomes difficult to produce the deformation | transformation by drooping of a coil also above a filament, it can prevent that a coil pitch becomes narrow below a filament, and it becomes possible to avoid contact between coils. As a result, filament short-circuiting and fusing can be prevented, lamp non-lighting can be prevented, and the lamp life can be extended.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an incandescent lamp according to the first embodiment of the present invention. In the
The
[0012]
The
[0013]
Here, the enlarged view for explanation of the
The
[0014]
In the case of a conventional incandescent lamp, when the
As a result, lamp non-lighting can be prevented and the lamp life can be extended.
[0015]
Next, an embodiment of the invention of
FIG. 3 shows a second embodiment, and is a view showing a main part of the incandescent lamp according to the invention of
The
[0016]
The
[0017]
Although not shown, the
The description of the overall structure of the incandescent lamp according to the second embodiment is omitted, but other configurations related to the incandescent lamp, excluding the
[0018]
When the above configuration, that is, when the coil axis is vertical and the diameter of the coil on the upper side is smaller than that on the lower side, the drooping of the coil can be suitably suppressed above the filament. That is, since the drooping resistance can be increased corresponding to the load applied to each part of the coil, it is difficult for the coil to be deformed due to the drooping of the coil, and the coil pitch is hardly narrowed even under the filament.
Since the contact between the coils of the filament can be avoided, it is possible to prevent a short circuit and a fusing associated with the contact of the filament.
As a result, non-lighting of the lamp can be prevented and the life of the lamp can be extended.
[0019]
In the invention according to
Further, when the filament is viewed from above, it is not limited to the one in which a gap is formed between the coils as shown in FIG. 3A. For example, the gap may not be formed. It may be something that appears to overlap.
[0020]
By the way, the invention described in
[0021]
When the inventions according to
As a result, a tremendous effect can be obtained for extending the lamp life.
[0022]
The first and second embodiments described above can be appropriately changed in any case, and the numerical values are not limited to those described above, and other configurations can be changed. For example, the present invention can be carried out when the filament coil is a single coil or a double coil.
[0023]
(Example)
In the first aspect of the present invention, the displacement of the coil pitch can be easily determined by applying the following equation.
・ P n = a (2πn) m-1
(Where a is an arbitrary constant, 1 <m ≦ 3)
Hereinafter, this embodiment will be described.
FIG. 4 shows the relationship between the pitch P n and the radial displacement θ from the starting point (0) at an arbitrary point (N) n turns around the coil from the winding starting point (0) of the coil. FIG. Note that the pitch P n at the point (N) represents the pitch between the point (N−1) and the point (N).
When moving on the coil by 1 pitch, in the radial direction, it moves around the coil and is displaced by 2π. Therefore, the radial displacement from the starting point (0) at the point (N) is generally expressed as θ n = 2πn. it can.
Here, an arbitrary point on the coil is represented by coordinates. First, assuming that the point on the circle drawn by the coil radius (r) is X, Y, the coil axis is the Z axis, and the longitudinal position is Z,
X = r cos θ, Y = rsin θ, Z = kθ m
Respectively. (K and m are arbitrary constants.)
[0024]
Therefore, the pitch between the two points can be derived from the above equation Z, and the radial displacement θ n at the point (N) can be written using n, and between the points (N−1) and (N) The pitch P n can be expressed by the following equation using the number of turns n of the coil.
・ P n = a (2πn) m-1 (a and m are arbitrary constants)
In this equation, when m = 1, P n = a (constant), and in this case, the coil pitch is constant.
Subsequently, when the value of m exceeds 1, the pitch increases from the upper end to the lower end of the coil. Therefore, the invention according to
[0025]
By the way, if the value of m is too large, the specs of incandescent lamps that are generally used will be deviated, and the above formula cannot be applied. The inventors have analyzed the value of m that satisfies the specifications of the conventional lamp and can apply the above formula. When m = 3, it is sufficient to set the constant a small. It turned out to be possible. Therefore, it is understood that the present invention can be implemented when m is 3 or less.
[0026]
As a result, the following equation is derived.
P n = a (2πn) m-1 (where a is an arbitrary constant, 1 <m ≦ 3)
Furthermore, it has also been found that the widest pitch p max is optimal in the range of p min <p max ≦ 3 × p min with respect to the narrowest pitch p min .
[0027]
In the first aspect of the present invention, when the rate at which the coil pitch is narrowed is generally large at the lower end of the coil and becomes smaller upward, the coil pitch is gradually displaced while satisfying the above equation. The pitch according to the amount of deformation of the coil can be easily obtained.
As a result, contact between the coils can be avoided over the entire length of the filament, and a long-life lamp can be obtained.
[0028]
As described above, according to the present invention, in an incandescent lamp for a heat source in which a filament made of a coil is accommodated in a bulb and the filament axis is positioned in a vertical direction and is lit, Even if such deformation occurs, it is possible to prevent the coils from coming into contact with each other with a simple configuration, prevent filament short-circuiting or fusing, and provide a long-life incandescent lamp for a heat source .
[Brief description of the drawings]
1 is an enlarged view of the filament shown in FIG. 1. FIG. 3A is a front view of the filament as viewed from above. FIG. Front view seen from the side [Fig. 4] Diagram showing the relationship between radial displacement θ and pitch Pn [Explanation of symbols]
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Claims (2)
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